亚像素寻址方法、装置、显示控制系统和显示屏与流程

1.本发明涉及到显示控制技术领域，具体涉及到虚拟显示技术。


背景技术：

2.全彩色led显示屏以其发光亮度高、成像面积大等优点，在户内外大型显示领域有着举足轻重的地位。随着led显示行业的不断发展，mini/micro led显示技术也已成为新型显示行业的新宠，新技术的出现也促使着led显示屏应用范围的扩展和应用形式的多样化，同时人们对于led显示屏的性能要求也越来越高，而高分辨率显示一直是led显示行业不断追求的目标。
3.然而受限于目前的技术水平、制造工艺、成本和系统稳定性等，虚拟led显示屏便应运而生。
4.虚拟led显示屏主要是通过亚像素共享来提高显示屏的分辨率，使得在显示面板上led发光管数量相同的情况下显示更多的画面信息，而亚像素共享则可以通过亚像素的分时复用或是对图像源数据进行算法预处理来实现。
5.目前实现虚拟led显示屏的方法主要是将处理过程加在控制系统的发送卡或接收卡里，参见图1所示，附图1为led显示屏的控制系统原理示意图，该系统是将图像源数据发送至发送卡，然后经该发送卡处理之后发送给接收卡，经该接收卡处理之后驱动led显示屏显示。该系统的led显示驱动方法虽然不改变原有的led显示屏控制系统架构，但虚拟显示的亚像素寻址采样技术及相应的图像处理算法会占用大量的数据处理器的内部存储资源，但现有发送卡、接收卡中的数据处理器的内存资源和带宽是有限的，例如，常用的数据处理器是采用fpga实现的，而fpga的内部存储资源和带宽都是有限的，为了不对虚拟显示的处理过程产生约束，则意味着硬件资源需要进一步更新，例如：一般至少需要sdram来支撑，导致现有采用虚拟显示技术的显示屏的控制系统的价格比较昂贵。
6.目前对于显示屏的面积有着越来越大的需求，由于led显示屏具有能够无限拼接的特点，这也导致在大面积显示屏技术领域，都采用led显示屏作为基础显示单元、通过拼接方式实现扩大显示面积的需求。而多块led显示屏拼接之后的控制技术，存在一些技术难题：多块led显示屏拼接之后，显示控制系统也存在对拼接处的处理技术，拼接处由于像素复用关系，发送的控制面积就会存在重叠，参见图２所示，控制两个led显示单元的显示控制系统的两个发送卡（发送一、发送二）分别发送显示控制信号，图中三角区域所示位置的像素点信息由发送卡一控制发光点g、发送卡二控制的发光点r和b共同组成，该种情况，需要在前端视频源信号处理时，将该位置的信息分别发送给发送卡一及发送卡二，这样对前端的视频源处理技术提出了更高要求，同时操作也比较复杂，目前还没有有效的解决手段，导致多个led显示单元拼接时，拼接处可能出现显示效果差的问题。


技术实现要素：

7.本发明解决了虚拟led显示屏的控制系统需要硬件资源较多导致价高较高的问
题，同时还能解决多个led显示单元拼接之后，拼接处显示质量差的问题。
8.本发明为了解决上述问题提供了下述四个方案：方案一、一种亚像素寻址方法，应用于基于虚拟显示的led显示屏控制方法中，包括：映射关系确定步骤，用于确定图像源的像素与led显示屏的发光单元的映射关系，所述图像源中的显示窗口对应一个发光单元，所述显示窗口为ｎ
×
ｎ像素；帧图像数据处理步骤，用于读取每帧图像数据、并将读取的数据按照显示窗口为单元划分成窗口显示数据之后输出；亚像素地址确定步骤，用于根据所述映射关系，确定窗口显示数据对应的led屏幕的显示单元的地址。
9.进一步，上述帧图像数据处理步骤的一个优选实施例为：针对每一帧数据，将每ｎ行数据为一个读取周期进行读取，每个周期中：将第i行显示数据存储至第i个fifo存储器,i=1、2、
……
、n-1；读取第n行显示数据，在读取过程中，根据显示窗口的大小，同时从前n-1个显示数据存储单元中读取同一个显示窗口内的数据，构成一个窗口显示数据输出。
10.方案二、一种基于虚拟显示的led显示屏控制方法中亚像素寻址装置，包括：映射关系确定单元，用于确定图像源的像素与led显示屏的发光单元的映射关系，所述图像源中的显示窗口对应一个发光单元，所述显示窗口为ｎ
×
ｎ像素；帧图像数据处理单元，用于将帧图像数据按照显示窗口为单元划分成窗口显示数据之后输出；亚像素地址确定单元，用于根据所述映射关系，确定窗口显示数据对应的led屏幕的显示单元的地址。
11.进一步，上述帧图像数据处理单元的一个优选实施例为：其包括n-1个显示数据存储单元和窗口显示数据输出单元，第i行显示数据存储单元，用于将第i行显示数据存储至第i个fifo存储器,i=1、2、
……
、n-1；窗口显示数据输出单元，用于读取第n行显示数据，在读取过程中，根据显示窗口的大小，同时从前n-1个显示数据存储单元中读取同一个显示窗口内的数据，构成一个窗口显示数据输出；亚像素寻址单元，用于根据所述映射关系，确定所述窗口显示数据与led显示屏的发光单元的地址的对应关系，即：获得亚像素的寻址。
12.方案三、一种数据处理器，其包括微处理器和存储器，所述存储器内存储有计算机程序，当微处理器读取所述计算机程序并运行时，执行本发明所述的任意一种基于虚拟显示的led显示屏控制方法中亚像素寻址方法。
13.方案四、一种基于虚拟显示的led显示屏控制系统，所述系统包括虚拟显示处理装置、发送卡和接收卡，所述虚拟显示处理装置将接收的图像源进行处理之后、经发送卡、接收卡输出led显示屏驱动信号输出，所述虚拟显示处理装置包括图像数据接收单元和图像数据发送单元，所述虚拟显示处理装置还包数据缓存与预处理单元，所述数据缓存与预处理单元采用权利要求1或2所述的亚像素寻址方法将图像按照像素与显示屏led的位置对应
关系进行分解之后发送给图像数据发送单元。
14.方案五、一种显示器，所述显示器包括led显示屏和本发明所述的显示屏控制系统，所述显示屏控制系统用于控制led显示屏的显示。
15.本发明所述的亚像素寻址方法能够准确、快速的确定待显示图像中的像素和显示屏中的led发光单元的对应关系，采用所述的亚像素寻址方法实现的显示控制方法有效解决了箱体拼接处边界亚像素共享处理困难的问题。
16.与现有显示控制技术相比较，现有控制技术为了解决本技术所要解决的问题，都是研究如何优化图像源数据的处理算法来降低对发送卡或接收卡资源的占用问题，本发明并没沿着这个方向进行研究，而是在现有技术都没有考虑到的、在虚拟现实处理模块中增加数据缓存与预处理手段，采用硬件与软件相结合的方式将图像源数据按照led显示屏的显示单元的分布情况进行预处理，完成亚像素寻址的操作，其它控制技术没有任何改变。另外，本发明所述的方案不需要增加太多的硬件资源就能够实现，降低了虚拟显示控制系统的硬件成本。
17.本发明适用于led显示屏的控制系统，也代表这虚拟显示控制技术的发展趋势。
18.本发明所述的显示控制系统在加入虚拟显示控制的同时无需改变原控制系统，因此，本发明还适用于对现有led拼接显示屏控制系统的改造。
附图说明
19.图1是现有技术中led显示屏的控制系统的原理示意图。
20.图２是背景技术中提及的、现有多个led显示单元拼接之后的控制技术。
21.图３是现有虚拟显示设备的控制系统原理图。
22.图４为现有技术中虚拟显示处理部分的原理图。
23.图５为虚拟现实技术中，显示面板的发光管排布与图像的像素映射关系的示意图，其中显示面板（a）中虚线框内有四个显示单元分别为d(2,1)、d(2,2)、d(3,1)、d(3,2)，对应的图像源(b)中的显示像素为b(3,2)。
24.图６是本发明所述的亚像素寻址方法的信号处理原理图。
具体实施方式
25.实施方式一、参见图６说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于虚拟显示的led显示屏控制方法中亚像素寻址方法为：映射关系确定步骤，用于确定图像源的像素与led显示屏的发光单元的映射关系，所述图像源中的显示窗口对应一个发光单元，所述显示窗口为ｎ
×
ｎ像素；帧图像数据处理步骤，用于读取每帧图像数据、并将读取的数据按照显示窗口为单元划分成窗口显示数据之后输出；亚像素地址确定步骤，用于根据所述映射关系，确定窗口显示数据对应的led屏幕的显示单元的地址。
26.本实施方式所述亚像素寻址方法是根据图像源的像素和led显示屏的发光单元的分布情况，将所述像素和显示单元进行对应实现寻址操作，该操作是在现有虚拟显示技术中、将图像源数据发送至发送卡之前进行的，这样处理之后的图像源数据发送至发送卡、然
后再发送至接收卡用于控制led显示屏显示，该方法极大的减少了发送卡和接收卡的数据处理量，同时，还有效解决了现有显示控制技术中对手拼接的多个led显示单元中存在的控制面积重叠导致的问题。
27.本实施方式没有按照现有虚拟显示的亚像素寻址处理思路，而是采用全新的思路，在数据缓存与处理过程中，采用硬件和软件结合的方式将图像源的数据根据显示屏的结构进行拆分处理进而完成亚像素寻址。该种方式不需要大量的数据处理过程、进而对硬件资源要求较低，且该种方式对现有虚拟显示控制系统的硬件结构几乎没有改变，与现有虚拟显示控制系统有很好的兼容性，适用于对现有虚拟显示控制系统的升级改造。
28.实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种基于虚拟显示的led显示屏控制方法中亚像素寻址方法中，帧图像数据处理步骤的进一步是限定，本实施方式中，该步骤是针对每一帧数据，将每ｎ行数据为一个读取周期进行读取，每个周期中：将第i行显示数据存储至第i个fifo存储器,i=1、2、
……
、n-1；读取第n行显示数据，在读取过程中，根据显示窗口的大小，同时从前n-1个显示数据存储单元中读取同一个显示窗口内的数据，构成一个窗口显示数据输出。
29.本实施方式通过合理使用fifo存储器将输入的图像数据进行拆分，并且是按照led显示屏的发光单元的排布进行的拆分。该种方法没有增加硬件资源的需求，在降低了系统成本的前提下有效的解决了亚像素寻址的问题。
30.图3为虚拟led显示屏控制系统示意图，在原控制系统框图中加入了独立的虚拟显示处理模块，参见图4所示，该模块直接对图像源数据进行算法预处理，并将处理后的数据送给发送卡进行下一步的传送和处理，即：对带显示的图像源数据进行虚拟显示处理，处理后的数据经由发送卡发出，接收卡接收到发送卡发送的数据之后发送给led显示屏进行显示。
31.上述数据处理过程中，虚拟显示处理的工作原理参见图6所示，其将接收到的图像源数据进行数据缓存和预处理，然后再发送出去给发送卡。
32.所述图像源数据可以为现有的各种视频源发送的数据，例如：上位机显卡发送的数据等，主要完成视频数据的解码，比如tmds信号的解码等操作。
33.该数据缓存与处理是虚拟显示处理技术的核心技术，主要完成图像数据的内部缓存与提取，以支持图像数据的预处理，然后形成能够直接驱动显示屏的数据发送给发送卡。处理手段可以采用虚拟显示算法的预处理实现，具体可以采用fpga及相关电路、dsp及相关电路等能实现可编程的逻辑器件实现。由于该过程的加入，使得可以在不改变现有通用led控制系统的情况下，低成本实现虚拟显示，具有普遍适用。
34.图像数据发送给发送卡的数据，结合发送卡视频数据的接收格式，例如：如果发送卡的视频数据的接收格式为tmds信号，则图像数据发送时需要将tmds信号进行编码处理；如果发送卡视频数据的接收格式为其他形式时，则图像数据发送则用于其他信号的编码处理，具体实现可以采用集成ic及相关电路、内嵌到数据缓存与预处理模块中完成。
35.附图5为专利文献cn1892745a“一种像素复用提高显示屏图像解析度的方法”公开的技术方案中，虚拟现实面板和图像源映射关系，图中显示面板上发光管与图像源数据的映射关系计算通式为d（x，y）=（d（x-1，y-1）+d（x-1，y）+d（x，y-1）+d（x，y））/4，其中d（x，y）为显示面板上第x行第y列发光管的亮度数据值，具体红绿蓝三基色时用r（x，y）、g（x，y）、b（x，
y）来表示，d（x-1，y-1）、d（x-1，y）、d（x，y-1）、d（x，y）为上述发光管映射到图像源第x行第y列右上方向相邻四个像素点的相应基色的数据值，对应虚拟显示算法2
×
2模板的实现过程，如附图5虚线框示例：b（3，2）= （d（2，1）+d（2，2）+d（3，1）+d（3，2））/4。
36.具体实现针对图5的图像源数据的处理，则数据缓存与预处理模块内部数据处理参见图6所示，当该模块用fpga及相关电路实现时，接收来自图像数据接收模块解tmds差分信号后的24位rgb全彩数据，因为虚拟处理需要2
×
2模板的数据划窗，所以需要缓存一行的输入数据，本模块拟选用位宽24bits深度2048的fifo来完成，具体位宽和深度依视频源数据而定，缓存位宽分配为红基色r数据占用高8位d[23：16]，绿基色g数据占用中间8位d[15：8]，蓝基色b数据占用低8位d[7：0]；当fifo缓存满一行数据时，随着下一行数据的到来同时进行fifo读出，此时相邻两行数据并行输出并用两级寄存器进行打拍，其中寄存器1、2存储fifo读出的一行中相邻两列数据，寄存器3、4存储新传来的一行中相邻两列数据，四个寄存器相互配合便可得到附图5虚线框内的2
×
2模板数据，而且每个时钟均可得到一个新的2
×
2模板数据；与此同时fifo同步进行第二行数据的缓存，如此往复，实现了对数据的流水线操作，直至一帧图像数据处理完毕。
[0037]2×
2模板数据进入亚像素寻址与图像源数据预处理模块时，需要先判断2
×
2模板数据映射到显示面板上的坐标位置，若对应显示面板奇数行偶数列的发光管，即为附图4中的蓝色发光管，则该发光管的亮度值用b（x，y）= （d（x-1，y-1）[7：0]+d（x-1，y）[7：0]+d（x，y-1）[7：0]+d（x，y）[7：0]）/4计算；若对应显示面板偶数行奇数列的发光管，即为附图4中的绿色发光管，则该发光管的亮度值用g（x，y）= （d（x-1，y-1）[15：8]+d（x-1，y）[15：8]+d（x，y-1）[15：8]+d（x，y）[15：8]）/4计算；若为其他情况，即为附图4中的红色发光管，则该发光管的亮度值r（x，y）= （d（x-1，y-1）[23：16]+d（x-1，y）[23：16]+d（x，y-1）[23：16]+d（x，y）[23：16]）/4，此处两个红色发光管的亮度值可进一步进行加权处理。最终将对图像源预处理后的数据传送给图像数据发送模块，转换成发送卡能接收的数据格式。
[0038]
实施方式三、本实施方式是一种基于虚拟显示的led显示屏控制方法中亚像素寻址装置，是实施方式一所述的方法的硬件实现方案，所述装置包括：映射关系确定单元，用于确定图像源的像素与led显示屏的发光单元的映射关系，所述图像源中的显示窗口对应一个发光单元，所述显示窗口为ｎ
×
ｎ像素；帧图像数据处理单元，用于将帧图像数据按照显示窗口为单元划分成窗口显示数据之后输出；亚像素地址确定单元，用于根据所述映射关系，确定窗口显示数据对应的led屏幕的显示单元的地址。
[0039]
本实施方式中，所述帧图像数据处理单元的优选结构包括：n-1个显示数据存储单元和窗口显示数据输出单元，第i行显示数据存储单元，用于将第i行显示数据存储至第i个fifo存储器,i=1、2、
……
、n-1；窗口显示数据输出单元，用于读取第n行显示数据，在读取过程中，根据显示窗口的大小，同时从前n-1个显示数据存储单元中读取同一个显示窗口内的数据，构成一个窗口显示数据输出；亚像素寻址单元，用于根据所述映射关系，确定所述窗口显示数据与led显示屏的发光单元的地址的对应关系，即：获得亚像素的寻址。
[0040]
实施方式四、本实施方式所述的是一种基于虚拟显示的led显示屏控制系统，所述系统包括虚拟显示处理装置、发送卡和接收卡，所述虚拟显示处理装置将接收的图像源进行处理之后、经发送卡、接收卡输出led显示屏驱动信号输出，所述虚拟显示处理装置包括图像数据接收单元和图像数据发送单元，前面结构都是现有结构，所述虚拟显示处理装置还包数据缓存与预处理单元，所述数据缓存与预处理单元采用实施方式一或二所述的亚像素寻址方法将图像按照像素与显示屏led的位置对应关系进行分解之后发送给图像数据发送单元，或者采用实施方式三所述的亚像素寻址装置实现。
[0041]
本实施方式所述的方案适用于对现有显示控制系统的改造，即：在现有图像控制系统中的虚拟显示处理装置中增加对图像进行亚像素寻址的处理方法，或者增加本发明所述的亚像素寻址装置即可。
[0042]
实施方式五、本实施方式所述的是一种显示器，所述显示器包括led显示屏和显示控制系统，其中所述显示控制系统为实施方式四的控制系统，所述显示控制系统用于控制led显示屏的显示。
[0043]
本实施方式所述的显示器与现有显示器的区别在于采用本发明所述的控制系统实现控制。
[0044]
以上实施方式是对本发明所要求保护的技术方案的解释说明，不限制本技术的保护范围。